双励磁同步调相机增强异步运行的损耗机制分析与冷却结构设计

《IEEE Transactions on Emerging Topics in Computing》：Loss Mechanism Analysis and Cooling Structure Design for Enhanced Asynchronous Operation of a Dual-Excited Synchronous Condenser

　　

摘要：

双馈同步调相机(DESC)能够向可再生能源电力系统提供无功功率和惯量支撑，但其异步运行能力(AOC)受到由阻尼损耗引起的转子过热的严重限制。本文研究通过新型转子冷却结构来提升50 MVar DESC的异步运行能力。首先，基于磁动势-气隙磁导模型(MMF-AGPM)分析了异步运行期间的损耗产生机制，阐明了导致阻尼损耗的谐波次数。其次，建立了DESC的多域集成模型，以预测不同转差率下的损耗和热特性。热分析表明，当转差率超过3%时，转子热点转移到槽楔处，异步运行时间受限于铝槽楔的130 °C限值。提出并设计了一种新型双侧翅片冷却结构，结果表明增加翅片数量的效果显著优于增加翅片高度。采用所设计的结构，在5%转差率下，异步运行时间从273秒延长到超过1054秒。建立了包含火电和可再生能源的电力系统模型，以验证DESC对电网的惯量支撑能力。最后，制造了一台10 kVar缩比DESC样机，并完成了并网实验，测试结果验证了所提出方法和模型的正确性。